Plantas que se avisan del peligro
Hace tiempo que cayó el mito de que las plantas no se comunican más allá de la recepción de señales del medio como la gravedad o la dirección de la luz. Hoy se sabe que las plantas se comunican entre sí por medios físicos, como los ultrasonidos en condiciones de estrés, y químicos, como los compuestos orgánicos volátiles (COV), actuando unos individuos de emisores y otros de receptores. Hay mucha investigación sobre este asunto, que aparte de su posible importancia práctica tiene una gran importancia teórica, a dos niveles: la comunicación en los seres vivos y los niveles de la evolución.
Cinco bioquímicos y biólogos moleculares japoneses han estudiado la cuestión centrándose en la respuesta de las plantas receptoras a los mensajes de las plantas atacadas o dañadas (https://rdcu.be/d5L1S). Han trabajado con una planta muy conocida de los botánicos y biólogos experimentales, Arabidopsis thaliana, una planta considerada una mala hierba que suele crecer en los arcenes de las carreteras de Eurasia. Se la utiliza por su pequeñez y por su ciclo de vida corto. Y dada su larga utilización experimental, se presta a muy diversos estudios. Entre ellos, este sobre la comunicación vegetal. Como plantas emisoras de COV utilizaron la misma especie y la tomatera, tanto como individuos dañados, como hojas homogeneizadas, como fuentes de extracción de sustancias posiblemente comunicativas.
Este tipo de señales y la respuesta defensiva de las pantas receptoras se ha reportado en más de 30 especies. Lo que no se había dilucidado son los mecanismos por los que las plantas receptoras reciben las señales y se preparan para la defensa. Esto es lo que han investigado los autores del artículo.
Las plantas emiten muchos COV, tanto constitutivos como en respuesta a estímulos ambientales. Las plantas heridas emiten los llamados GLV o compuestos volátiles de las hojas verdes y lo hacen inmediatamente. Uno de estos compuestos es Z-3-HAL, un aldehído de seis átomos de carbono que puede isomerizarse a E-2-HAL Alternativamente, se reduce al alcohol Z-3-HOL que puede convertirse en el acetato Z-3-HAC. Estos GLV provocan una amplia gama de reacciones de defensa en otros individuos, desde la acumulación de una fitohormona relacionada con el estrés hasta la expresión de genes de defensa promovida por esa hormona y otras reacciones defensivas, incluida resistencia al estrés térmico.
Las respuestas empiezan después de la entrada de los GLV en los tejidos internos. Esa entrada resulta facilitada en los períodos de luz, cuando los estomas están más abiertos. Además, los cambios en la absorción de aldehidos y cetonas pueden acoplarse con la apertura estomática, lo que sugiere que los estomas juegan un importante papel en la percepción de COV.
El Ca2+ citosólico (el citosol es el medio intracelular semifluido en que están los orgánulos celulares) tiene papeles cruciales en muchas respuestas al estrés de las plantas. Con Arabidopsis transgénica que expresa un biosensor de Ca2+ basado en una proteína fluorescente verde y un microscopio de fluorescencia, los investigadores encontraron que Z-3-HAL y E-2-HAL provocaron aumentos de concentración de Ca2+ citosólico muy rápidos y respuestas defensivas en las hojas.
Utilizando hojas de Arabidopsis y de tomatera atacadas por determinada especie de gusano, se observó, en ambos casos, que las plantas receptoras exhibían aumento de concentración de Ca2+ citosólico y que este aumento se extendía a toda la planta en 20 minutos (figura 1).
Los homogeneizados de Arabidopsis emiten menos COV que los de tomatera. Se expusieron las plantas receptoras a homogeneizados de hojas de cada una de las dos especies emisoras. En ambos casos se produjeron aumentos de calcio citosólico, pero en el de la tomatera fueron muy superiores (figura 2)
A continuación, se sometieron las hojas de Arabidopsis receptoras a varios COV, observándose la mayor respuesta con Z-3-HAL y algo menor con E-2-HAL, siendo la respuesta muy pequeña a los otros COV probados. Dividida la hoja en tres partes (punta, base y zona media) se observó que Z-3-HAL inducía el aumento de calcio en 30 segundos en la punta, 1,5 minutos en la región media y 2 minutos en la base (figura 3).
Los aumentos de la concentración de calcio citosólico se asociaron con variación en el potencial de superficie de las hojas receptoras. No fue la concentración de calcio lo que produjo las variaciones de potencial, ya que estas la precedieron ligeramente, lo que hace pensar que es la variación de potencial eléctrico la que dispara el aumento de calcio y que los COV, de alguna manera, disparan el cambio de potencial.
Figura 1. a La configuración experimental de Ca2+ Se ilustran esquemáticamente las imágenes en Arabidopsis (receptor) tras la exposición a los COV emitidos por las hojas consumidas por las larvas de S. litura. Antes del experimento, el receptor de Arabidopsis en un plato de plástico se aclimató dirigiendo el flujo de aire de una botella de plástico vacía durante 10 min, lo que permitió su adaptación a las condiciones experimentales. Posteriormente, el receptor Arabidopsis se expuso a los COV emitidos por una botella de plástico que contenía larvas de S. litura y Arabidopsis u hojas de tomate (fuente de COV) conectando la botella y manipulando la válvula. Las flechas negras indican la dirección del flujo de aire. b Cambios en [Ca2+]cyt (puntas de flecha amarillas) en Arabidopsis que expresan GCaMP3 en respuesta a los COV liberados por las hojas de Arabidopsis (superior) y tomate (Solanum lycopersicum cv. Minicarol) (abajo) consumidos por las larvas de S. litura. Las líneas discontinuas blancas indican la posición de la punta del tubo desde donde emerge el flujo de aire. Barra de escala, 5 mm. c Cuantificación de [Ca2+]cyt firmas en la hoja 1 (L1). Barras de error, error medio ± estándar (SE). N = 4 y 5 muestras biológicamente independientes para A. thaliana y S. lycopersicum, respectivamente.
Figura 2. a La configuración experimental de Ca2+ Se ilustra esquemáticamente la imagen de Arabidopsis (receptor) tras la exposición a COV de hojas de tomate o Arabidopsis homogeneizadas (fuente de COV). En total, 10 g de hojas de Arabidopsis o 5 g de hojas de tomate se homogeneizaron con nitrógeno líquido utilizando un mortero. Los tejidos homogeneizados resultantes se transfirieron inmediatamente a tubos de plástico de 1,5 mL. Posteriormente, Ca2+ Las imágenes se iniciaron colocando los tubos muy cerca del receptor Arabidopsis. b Cambios en [Ca2+]cyt (puntas de flecha amarillas) en Arabidopsis que expresan GCaMP3 después de la exposición a los COV emitidos por hojas homogeneizadas de Arabidopsis (superior) y tomate (Solanum lycopersicum cv. Micro-Tom) (inferior). Barra de escala, 5 mm. c Cuantificación de [Ca2+]cyt firmas en L1. Barras de error, media ± SE. N = 5 y 3 muestras biológicamente independientes para A. thaliana y S. lycopersicum, respectivamente. d Comparación de la tasa máxima [Ca2+]cyt cambios detectados en el receptor de Arabidopsis tras la exposición a los COV emitidos por hojas homogeneizadas de Arabidopsis (A.t) o tomate (S.l). Un asterisco denota diferencias estadísticamente significativas basadas en la prueba t de Student de dos colas (*, P < 0.05). Barras de error, media ± SE. N = 5 y 3 muestras biológicamente independientes para A. thaliana y S. lycopersicum, respectivamente.
Figura 3. Probando la acción de diversos COV.
Se expuso a las plantas receptoras a diversos GLV y se vio que su reacción venía inducida por Z-3-HAL y un derivado suyo, en este caso con menor rapidez e intensidad, y no por otros GLV. También se vio que un poco antes de la elevación de la concentración de Ca2+ había un cambio de potencial de superficie. Parece que en esto último juegan un papel las células oclusivas de los estomas.
A mi entender, con trabajos como este y otros muchos que se están desarrollando sobre la comunicación vegetal se ha entrado en un campo teórico que amplía mucho el marco en que se desarrolla el estudio de la comunicación en biología. Hasta hace poco, en este campo solo entraban los animales y los microorganismos, quedando las plantas (y los hongos, cuya comunicación está empezado a estudiarse) en un limbo, como si las plantas no se comunicasen. A partir de ahora, el campo de la comunicación biológica podrá abarcar todos los reinos y se podrán producir teorías de mayor alcance.
Y otra cuestión teórica en el terreno de la evolución: los niveles de selección. Me explicaré.
No he sido capaz de encontrar información sobre cuándo se produce el Z-3-HAL, aunque sí sobre las vías bioquímicas de su producción. Lo considero de interés, porque me parece que no será lo mismo que se produzca habitualmente que se produzca cuando la planta sufre una agresión. Tampoco he encontrado información sobre el coste energético de su producción (un compuesto volátil no necesita energía para liberarse, pero sí que debe de necesitarla para producirse). Lo planteo porque si el compuesto se produce en el momento de la agresión y su coste energético es significativo, a no ser que le sirva a la planta productora (cosa que no se deduce del estudio) para defenderse, supone una desventaja en aptitud.
Y las conductas o rasgos que suponen desventajas para los individuos que los presentan y ventajas para los demás no pueden explicarse, creo, por selección individual, sino por selección de grupos.
Mi idea, equivocada o no, se refuerza con el hecho de que los GLV de una especie actúen preparado las defensas de otras.
Para terminar, debo advertir de que otros biólogos que estudian el mismo asunto lo explican en términos de egoísmo biológico: las plantas emisoras lo serían para inducir en las vecinas unos cambios que son costosos energéticamente, haciéndolas menos competitivas, y lo harían engañosamente. Es plausible, pero no estimula demasiado la investigación, que es uno de los valores de la buena ciencia.
Octubre de 2025